納米結(jié)構(gòu)Pt基合金催化劑的設(shè)計、制備與電催化性能研究.pdf

1、本文采用機械合金化方法獲得多種成分配比的Al基前驅(qū)體含Pt合金，結(jié)合脫合金化處理（使用NaOH，HNO3溶液）方法，制備了多種納米多孔Pt基合金電催化劑。所制備的合金催化劑通過X射線衍射，掃描電子顯微鏡，透射電子顯微鏡和高分辨透射電子顯微鏡進行表征，同時對所得Pt基合金電催化劑進行了燃料電池陽極甲醇氧化和陰極氧氣還原反應(yīng)的電化學(xué)催化反應(yīng)實驗。將過渡族金屬元素與貴金屬鉑（Pt)合金化是提高燃料電池催化劑材料的重要措施，因而十分有必要對其進

2、行研究探討。在本實驗中，首先通過機械合金化制各Al66Cu30Pt3Ti1，Al66Cu30Pt2Ti2和Al66Cu30Pt1Ti3四元前驅(qū)體合金。對前驅(qū)體合金進行兩步脫合金化處理，通過X射線衍射、掃描/透射電鏡等分析發(fā)現(xiàn)獲得了具有三維雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的納米多孔二元PtCu和三元PtCuTi合金。電化學(xué)測試表明，不同組分的納米多孔Pt基二元、三元合金具有不同的甲醇催化質(zhì)量/面積活性且均優(yōu)于商用PtC催化劑。另外，Ti的加入使三元合金PtCu

3、Ti的抗CO中毒性能顯著提高。
　　本文通過類似的方法將機械合金化制備的Al80Cu6Ni6Co6Pd1Pt1前驅(qū)體合金經(jīng)過兩步脫合金處理制備納米多孔PtPdAlCu合金。X射線衍射結(jié)合二元平衡相圖分析，可以發(fā)現(xiàn)機械合金化制備的Al80Cu6Ni6Co6Pd1Pt1前驅(qū)體合金由單一的Al4Cu9相組成。進行脫合金處理后的X射線衍射圖像表明，非貴金屬元素（Cu，Al等）溶入Pt面心立方結(jié)構(gòu)中形成了固溶體，通過掃描電子顯微鏡和透射電子

4、顯微鏡分析發(fā)現(xiàn)得到了直徑約1μm的合金納米顆粒，顆粒內(nèi)部具有開放、雙連續(xù)且交互的孔洞/韌帶結(jié)構(gòu)。元素分布分析發(fā)現(xiàn)每種元素分布均勻，沒有納米顆粒團聚現(xiàn)象。進一步的電化學(xué)測試表明，納米多孔PtPdAlCu合金不僅具有比商用PtC催化劑更好的陽極甲醇催化和抗CO中毒性能，還具有優(yōu)異的陰極氧還原性能，包括較高的質(zhì)量/面積催化活性。將機械合金化得到的Al66Cu30(Pt44Ru41Os10Ir5)4前驅(qū)體合金經(jīng)過一步脫合金處理得到PtRuCuO

5、sIr多元合金。脫合金處理后的X射線衍射表明，Ru，Cu，Os，Ir元素溶入Pt面心立方結(jié)構(gòu)中形成了固溶體合金，通過掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡分析發(fā)現(xiàn)得到了三維雙連續(xù)的孔洞/韌帶(2.5nm)結(jié)構(gòu)。相應(yīng)的電化學(xué)測試表明，納米多孔多元PtRuCuOsIr合金具有比商用PtC催化劑更好的甲醇催化、抗CO中毒性能和優(yōu)異的氧還原質(zhì)量/面積催化活性，更表現(xiàn)出持久的氧還原穩(wěn)定性。我們認為，不同合金元素的添加對于Pt電子結(jié)構(gòu)改變不同，合金中Pt原